缺血再灌注损伤的发病机制课件.ppt
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1、缺血缺血-再灌注损伤的发病机制再灌注损伤的发病机制Mechanism Underlying Mechanism Underlying I Ischemia-Reperfusion Injuryschemia-Reperfusion InjuryWhat is reperfusion What is reperfusion injury?Why is it injury?Why is it important?important?R.G.is a 48-year-old man who suffered R.G.is a 48-year-old man who suffered an acute
2、 anterior myocardial infarction an acute anterior myocardial infarction and received fibrinolytic therapy.The and received fibrinolytic therapy.The patient died 12 hours patient died 12 hours after reperfusion.after reperfusion.K.R.is a 68-year-old diabetic woman who K.R.is a 68-year-old diabetic wo
3、man who underwent conventional coronary artery underwent conventional coronary artery bypass graft surgery and developed low bypass graft surgery and developed low output syndrome output syndrome after reperfusionafter reperfusion postoperatively.postoperatively.概念概念(Concept)(Concept)缺血器官在恢复血缺血器官在恢复
4、血液灌注后缺血性损伤进液灌注后缺血性损伤进一步加重的现象,称为一步加重的现象,称为缺血缺血-再灌注损伤再灌注损伤.概念概念(Concept)(Concept)氧反常(氧反常(oxygen paradoxoxygen paradox):):用用低氧低氧或或无无氧氧液灌注后再恢复液灌注后再恢复正常氧正常氧供应器官的损伤不见供应器官的损伤不见恢复反而更趋严重。恢复反而更趋严重。pHpH反常(反常(pH paradoxpH paradox):):器官在再灌注时器官在再灌注时pHpH从从酸性酸性恢复到恢复到正常正常时细胞损伤加重的现象。时细胞损伤加重的现象。钙反常(钙反常(calcium paradox
5、calcium paradox):):器官在器官在无钙无钙溶液灌流后恢复溶液灌流后恢复正常含钙正常含钙溶液灌流导致的细胞溶液灌流导致的细胞外钙离子大量内流而引起细胞损伤加重的现象。外钙离子大量内流而引起细胞损伤加重的现象。缺血缺血-再灌注损伤发生的条件再灌注损伤发生的条件 Conditions Predisposing to Conditions Predisposing to Ischemia-Reperfusion(I/R)InjuryIschemia-Reperfusion(I/R)Injury缺血时间的长短缺血时间的长短再灌注时灌流液的条件(灌注液的成再灌注时灌流液的条件(灌注液的成分
6、,灌流温度,压力等分,灌流温度,压力等)组织器官缺血前的功能状态(缺氧耐组织器官缺血前的功能状态(缺氧耐受性,侧枝循环,高胆固醇血症,糖受性,侧枝循环,高胆固醇血症,糖尿病,高血压)尿病,高血压)问题:问题:缺血缺血-再灌注损再灌注损伤?伤?氧反常氧反常,钙反常钙反常,和和pHpH反常?反常?缺血缺血-再灌注损伤的发生机制再灌注损伤的发生机制Mechanisms of I/R InjuryMechanisms of I/R Injury 自由基的损伤作用(自由基的损伤作用(Injury by Free Injury by Free RadicalsRadicals)钙超载(钙超载(Calciu
7、m OverloadCalcium Overload)血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用(Interaction between endothelial Interaction between endothelial cells and neutrophilscells and neutrophils)指在外层电子轨道含有一个或多个不配对电子的原子、原子团或分子。为表达不配对电子,常常在其分子式后方或上方加一个点(如R)。自由基(自由基(Free Radicals)Free Radicals)氧自由基(氧自由基(Oxygen Free RadicalsOx
8、ygen Free Radicals)活性氧(活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS):Reactive Oxygen Species,ROS):超氧阴离子超氧阴离子,羟自由基羟自由基,单线态氧单线态氧 (singlet(singlet oxygen,oxygen,1 1O O2 2),),过氧化氢过氧化氢(hydrogen peroxide,(hydrogen peroxide,H H2 2O O2 2).氧自由基:由氧衍生的自由基.超氧阴离子(superoxide anion,O2)羟自由基(hydroxyl radical,OH)-脂性自由基:氧自由基与不饱和脂肪
9、酸作用后生成的中间代谢产物.烷自由基(L)烷氧自由基(LO)烷过氧自由基(LOO)脂性自由基(脂性自由基(Lipid Free RadicalsLipid Free Radicals)其它:如氯自由基(Cl),甲基自由基(CH3),一氧化氮(NO),过氧亚硝基(OONO-)抗氧化物酶抗氧化物酶 (Antioxidant(Antioxidant Enzymes)Enzymes)OHOH.超氧物岐化酶超氧物岐化酶过氧化氢酶过氧化氢酶O O2_.H H2 2O O2 2H H2 2O OFeFe2+2+H H2 2O O2 2ROOHROOHH H2 2O OROHROHNADPNADP+谷胱甘肽氧
10、化酶谷胱甘肽氧化酶+H+H2 2O O谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶GSSGGSSGGSHGSHNADPHNADPH +H+H+问题:问题:氧自由基?活性氧?氧自由基?活性氧?超氧物岐化酶超氧物岐化酶,过氧过氧化氢酶化氢酶,谷胱甘肽氧谷胱甘肽氧化酶催化何种反应化酶催化何种反应?1.1.黄嘌呤氧化酶(黄嘌呤氧化酶(Xanthine Xanthine OxidaseOxidase)2.2.中性粒细胞(中性粒细胞(NeutrophilsNeutrophils)3.3.线粒体(线粒体(MitochondriaMitochondria)活性氧与缺血活性氧与缺血-再灌注损伤再灌注损伤ROS&ROS&I/R
11、InjuryI/R Injury黄嘌呤氧化酶与缺血黄嘌呤氧化酶与缺血-再灌注损伤再灌注损伤Xanthine Oxidase&Xanthine Oxidase&I/R InjuryI/R Injury黄嘌呤+O+O2 2 H H2 2O O2 2蛋白酶OH次黄嘌呤 ATPAMP黄嘌呤氧化酶黄嘌呤脱氢酶O O2 2-.allopurinolallopurinol -黄嘌呤氧化酶理论的一些注意点黄嘌呤氧化酶理论的一些注意点Some Issues Related to the Some Issues Related to the Xanthine Oxidase HypothesisXanthine
12、Oxidase Hypothesis动物种类,器官,组织分布差异(主要存在于动物种类,器官,组织分布差异(主要存在于肝和肠道。在人,猪和兔的心含量很低)。肝和肠道。在人,猪和兔的心含量很低)。黄嘌呤脱氢酶转为氧化酶的量及时间不能解释黄嘌呤脱氢酶转为氧化酶的量及时间不能解释一些器官的一些器官的I/RI/R发生。发生。黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸。尿酸为为ROS,RNSROS,RNS清除剂。清除剂。缺氧条件下黄嘌呤氧化酶可还原硝酸盐,亚硝缺氧条件下黄嘌呤氧化酶可还原硝酸盐,亚硝酸盐为一氧化氮。一氧化氮可减轻酸盐为一氧化氮。一氧化氮可减轻I/RI/R损伤
13、损伤。中性粒细胞与缺血中性粒细胞与缺血-再灌注损伤再灌注损伤NeutrophilsNeutrophils&I/R InjuryI/R Injury呼吸爆发(respiratory burst)或氧爆发(oxygen burst):中性粒细胞在吞噬活动时耗氧量明显增加的现象。线粒体与活性氧线粒体与活性氧MitochondriaMitochondria&ROS&ROS线粒体与活性氧线粒体与活性氧MitochondriaMitochondria&ROS&ROSNADH(Site I)Succinate(Site II)CytochromeOxidaseFe-S c1 Cyt cUbiquinoneU
14、bisemiquinoneUbiquinolO2H2O.O2_.H2O2泛醌泛半醌二氢泛醌hypoxiahypoxian normoxiaormoxiarotenonerotenone myxothiazolmyxothiazol antimycin Aantimycin ATTFATTFA线粒体与缺血线粒体与缺血-再灌注损伤再灌注损伤MitochondriaMitochondria&I/R InjuryI/R InjuryI/RI/R增加增加ROSROS释放,抑制线粒体源的释放,抑制线粒体源的ROSROS生生成可降低成可降低I/RI/R损伤。损伤。I/RI/R降低线粒体超氧物岐化酶活性,含量
15、,降低线粒体超氧物岐化酶活性,含量,及及mRNAmRNA。升高线粒体内升高线粒体内ROSROS清除剂含量可降低清除剂含量可降低I/RI/R损损伤。伤。Plasma membrane:Plasma membrane:lipoxygenases,cyclooxygenases,NADPH oxidaselipoxygenases,cyclooxygenases,NADPH oxidaseMitochondria:Mitochondria:electron transport system electron transport system Cytosol:Cytosol:xanthine oxid
16、ase,hemoglobin,catecholamines,xanthine oxidase,hemoglobin,catecholamines,riboflavin,Transition metals(Feriboflavin,Transition metals(Fe2+/3+2+/3+,Cu,Cu1+/2+1+/2+)Peroxisome:Peroxisome:oxidases,flavoproteinsoxidases,flavoproteinsEndoplasmic reticulum:Endoplasmic reticulum:mixed-function oxidasemixed-
17、function oxidasecytochromes P-450 and bcytochromes P-450 and b5 5Cellular Sources of Free RadicalsCellular Sources of Free Radicals氧自由基损伤发生机制氧自由基损伤发生机制Mechanism Underlying the Injury Mechanism Underlying the Injury Caused by Oxygen Free RadicalsCaused by Oxygen Free Radicals1.1.膜脂质过氧化膜脂质过氧化 膜结构破坏膜结构
18、破坏,膜蛋膜蛋白质功能抑制白质功能抑制,ATP,ATP生成减少生成减少2.2.蛋白质分子肽链断裂蛋白质分子肽链断裂,酶的巯基氧化酶的巯基氧化,蛋白及某些酶相互交联、聚合蛋白及某些酶相互交联、聚合 蛋蛋白质变性和酶活性降低白质变性和酶活性降低3.DNA3.DNA断裂和染色体畸变断裂和染色体畸变4.4.诱导炎症介质产生诱导炎症介质产生 问题:问题:氧自由基损伤氧自由基损伤发生的机制发生的机制?钙超载的发生机制钙超载的发生机制:激活激活NaNa+/Ca/Ca2+2+交换交换Mechanism of Calcium Overload:Mechanism of Calcium Overload:Acti
19、vation of NaActivation of Na+/Ca/Ca2+2+Exchanger Exchanger缺血缺氧 无氧酵解 H+H+/Na+交换胞内Na+ATP 钠泵 Na+/Ca2+交换Ca2+内流 钙超载钙超载钙超载的发生机制钙超载的发生机制:生物膜损伤生物膜损伤Mechanism of Calcium Overload:Mechanism of Calcium Overload:Membrane InjuryMembrane Injury 缺血缺氧 钙钙超超载载Ca2+通透性细胞膜细胞膜:肌浆网肌浆网:钙泵排Ca2+Ca2+内流 贮Ca2+Ca2+通透性钙泵Ca2+释出 缺血
20、缺氧 钙超载引起缺血再灌注损伤的机制钙超载引起缺血再灌注损伤的机制Mechanism of I/R Injury Induced Mechanism of I/R Injury Induced by Calcium Overloadby Calcium Overload 1.1.激活激活CaCa2+2+依赖性的磷脂酶依赖性的磷脂酶 膜磷脂分解膜磷脂分解,膜受损膜受损2.2.激活激活CaCa2+2+依赖性的蛋白酶,依赖性的蛋白酶,加速加速XDXD转化为转化为XOXO,促进,促进ROSROS生成生成;膜受损膜受损3.3.大量大量CaCa2+2+在在线粒体内以磷酸钙的形式沉积,内以磷酸钙的形式沉积,
21、干扰氧化磷酸化过程,使干扰氧化磷酸化过程,使ATPATP生成减少生成减少4.4.核酸内切酶核酸内切酶 核染色质受损核染色质受损问题:问题:钙超载发生钙超载发生的的NaNa+/Ca/Ca2+2+交换机制交换机制?27可编辑血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用血管内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用Interaction between Endothelial Interaction between Endothelial Cells and NeutrophilsCells and Neutrophils再灌注时再灌注时:趋化因子趋化因子(chemokines)(chemokines)生成增多生成增
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